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1、液体的表面性质液体的性质与其微观结构有关液体具有一定的体积，不易压缩。液体分子间距较气体小了一个数量级,为10-10m，分子排列较紧密，分子间作用力较大,其热运动与固体相似,主要在平衡位置附近作微小振动。液体没有一定形状，并具有流动性。这是由于液体分子振动的平衡位置不固定，是近程有序，即在很小范围内在一短暂时间里保持一定的规则性。第一节液体的性质由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，当液体与气体、固体接触时，交界处由于分子力作用而产生一系列特殊现象，即：液体表面现象。一、表面现象液体的反常现象:钢针浮于水面水管的栓塞叶面上的露珠,熔化的焊球细玻璃管取血,树木从土壤中吸取
2、水分细小液滴更容易蒸发皆源于液体表面的力学性质—表面张力二、表面张力1.现象：说明：液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力只存在于液体表面。(2)液面像紧绷的橡皮膜具有弹性。(1)液面有收缩到最小的趋势；2.表面张力(1)表面层：在液体与气体交界面，厚度等于分子有效作用半径R(10-10m)的一层液体。(2)表面张力：液体的表面层中有一种使液面尽可能收缩成最小的宏观张力。①从分子运动论观点说明分子作用球：在液体内部任取一分子A,以A为球心，以分子有效作用半径R为半径作一球，称为分子作用球。球外分子对A无作用力，球内分子对A的作用力对称分布，合力为零。(3)表面张力产生的原因从
3、表面层中任取一分子B，其受合力与液面垂直，指向液内，这使得表面层内的分子与液体内部的分子不同,都受一个指向液体内部的合力。在这些力作用下，液体表面的分子有被拉进液体内部的趋势。在宏观上就表现为液体表面有收缩的趋势。任何系统的势能越小越稳定，所以表面层内的分子有尽量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩的趋势，这种趋势在宏观上就表现为液体的表面张力。表面张力是宏观力，与液面相切;f⊥是微观力，与液面垂直。②从能量观点来分析把分子从液体内部移到表面层，需克服f⊥作功;外力作功,分子势能增加,即表面层内分子的势能比液体内部分子的势能大，表面层为高势能区;各个分子势能增量的总和称为表面能
4、，用E表示。我们想象在液面上画一条直线段，线段两侧液面均有收缩的趋势，即有表面张力作用，该力与液面相切,与线段垂直，指向各自的一方,分别用f和f′表示，这恰为一对作用力与反作用力，f=-f′。(4)表面张力系数α为表面张力系数，数值上等于单位长度直线段两侧液面的表面张力，单位：N/m。由于线段上各点均有表面张力作用,线段越长,则合力越大。设线段长为l,则：f=αl。与液体的性质有关：不同液体，α值不同；密度小、易挥发的液体α值较小。如酒精的α值很小，金属熔化后的α值很大。与相邻物质性质有关：同一液体与不同物质交界，α值不同。与温度有关：温度升高，α值减小，两者近似呈线性关系
5、。(P69表4-1)与液体内所含杂质有关：在液体内加入杂质，液体的表面张力系数将显著改变，有的使其α值增加；有的使其α值减小。使α值减小的物质称为表面活性物质。(5)影响表面张力系数的因素如图所示，铁丝框上挂有液膜，表面张力系数为α，将AB边无摩擦、匀速、等温地右移△x，在AB边上加的力为：F=2αl，则在这个过程中外力F所做的功为:其中△S=2l△x,是AB向右移动过程中液面面积的增量。外力克服分子间引力做功，表面能增加，若用△E表示表面能增量，则：表面张力系数在数值上等于增加单位液体表面积时，外力所需做的功，或增加单位液体表面积时，表面能的增加。(6)表面张力系数与表面
6、能增量例1：20km2的湖面上，下了一场大雨，水面上涨50mm，雨滴平均半径r=1.0mm，过程是等温的，求释放出的表面能?（已知α水=7.3*10-2N/m）解:设湖面积为,下雨使湖水升高,雨点例2：肥皂膜α=4.0*10-2N/m,金属边框ABCD，AB可移动如图所示。忽略膜的自重。求:1、AB多重时平衡;2、平衡后AB下移1厘米，撤去外力，AB如何运动。ABCD4cm5cm第二节弯曲液面的附加压强自然界中有许多情况下液面是弯曲的，弯曲液面内外存在一压强差，称为附加压强,用Ps表示。附加压强是由于表面张力存在而产生的。一、附加压强的产生1.平液面在液体表面上取一小面积△
7、S,由于液面水平，表面张力沿水平方向，△S平衡时，其边界表面张力相互抵消,△S内外压强相等：2.液面弯曲1)凸液面时，如图周界上表面张力沿切线方向，合力指向液面内，好象紧压在液体上，使液体受一附加压强，由力平衡条件，液面下液体的压强：sDsDpssppp+=0sp为正附加压强与外部压强相同为正，相反为负。2）凹液面时，如图周界上表面张力的合力指向外部，如好象被拉出，液面内部压强小于外部压强，液面下压强：sDsDsppp-=0sppp-=0sp为负总之：附加压强使弯曲液面内外压强不等，与液面曲率中心同侧的压强恒大于另
